DE19846769C2

DE19846769C2 - Weight determination device

Info

Publication number: DE19846769C2
Application number: DE1998146769
Authority: DE
Inventors: Guenther Stehr; Matthias Eger; Michael Mueller
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Lab Instruments GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-10
Filing date: 1998-10-10
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2018-10-11
Also published as: DE29917274U1; CH694347A5; DE19846769A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung mit mindestens zwei Wägezellen, die kraftmäßig in Reihe geschaltet sind und deren Ausgangssignale miteinander verglichen werden, um eine Überwachung auf ordnungsgemäße Funktion zu erreichen.The invention relates to a device for determining weight at least two load cells that are connected in series and their Output signals are compared to each other for monitoring to achieve proper function.

Eine Vorrichtung dieser Art mit zwei Wägezellen ist aus der EP 422 288 A1 bekannt. Beide Wägezellen werden dort mit derselben Belastung beaufschlagt, die beiden Ausgangssignale werden je einem Analog/Digital-Wandler zugeführt und deren digitale Ausgänge wiederum auf Gleichheit überprüft.A device of this type with two load cells is known from EP 422 288 A1 known. Both load cells are subjected to the same load there Both output signals are fed to an analog / digital converter and whose digital outputs are checked for equality.

Die Funktionsüberwachung bei der Vorrichtung aus der EP 422 288 A1 ist jedoch nicht hundertprozentig, da beide verglichenen Wägezellen gleicher Bauart sind und gleich belastet werden. Manche Fehler - beispielsweise aufgrund einer zu niedrigen Versorgungsspannung - wirken sich auf beide Meßkanäle gleich aus, so daß die Gleichheit der Ausgangssignale erhalten bleibt, obwohl ein Fehler vorliegt.However, the function monitoring in the device from EP 422 288 A1 is not one hundred percent, since both load cells compared are of the same design and be charged immediately. Some mistakes - for example due to a too low supply voltage - have the same effect on both measuring channels, so that the equality of the output signals is maintained even though there is an error.

Eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung mit zwei oder drei in Reihe geschalteten Wägezellen ist aus der DE-31 41 767 A1 bekannt. Dort ist jedoch nicht die Überwachung auf ordnungsgemäße Funktion das Ziel, sondern die einzelnen Wägezellen haben verschiedene Höchstlasten, so daß aus den in Reihe geschalteten Wägezellen praktisch eine Mehrbereichswaage entsteht. A device for weight determination with two or three in series switched load cells is known from DE-31 41 767 A1. However, there is the goal is not the monitoring of proper functioning, but the individual load cells have different maximum loads, so that from the in series switched load cells practically a multi-range scale is created.

Aus der DE 692 15 123 T2 ist es bekannt, im Rahmen einer Dialysebehandlung die dem Patienten zugeführten und wieder abgeführten Flüssigkeitsmengen mit zwei Wägezellen zu erfassen und durch eine Überwachungseinrichtung zu kontrollieren.From DE 692 15 123 T2 it is known that the dialysis treatment quantities of liquid supplied and discharged to the patient with two Load cells to be recorded and checked by a monitoring device.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung weiter zu erhöhen. Gleichzeitig hat die Erfindung es sich zur Aufgabe gestellt, die Überwachung auf ordnungsgemäße Funktion auf Vorrichtungen zur Bestimmung von zwei unabhängigen Gewichtswerten zu übertragen, ohne den Aufwand proportional zu erhöhen. - Beispielsweise bei der Überwachung der Filtratmenge und der Substituatmenge in einer künstlichen Niere müssen zwei Gewichtswerte mit hoher Zuverlässigkeit überwacht werden, um den Patienten nicht zu gefährden.The object of the invention is therefore to improve the reliability of the device To further increase weight determination. At the same time, the invention has it Task placed on monitoring for proper functioning Devices for determining two independent weight values transferred without increasing the effort proportionally. - For example at the Monitoring the amount of filtrate and the amount of substituate in an artificial Kidney two weight values must be monitored with high reliability, so as not to endanger the patient.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vorrichtung insgesamt drei Wägezellen umfaßt, von denen zwei unabhängig voneinander belastet werden können, und daß sich diese beiden Wägezellen gemeinsam auf der dritten Wägezelle kraftmäßig abstützen, so daß diese dritte Wägezelle mit der Summe der Belastungen der beiden anderen Wägezellen beaufschlagt wird.According to the invention this is achieved in that the device has a total of three Load cells, two of which are loaded independently can, and that these two load cells together on the third Support the load cell with force so that this third load cell with the sum of the Loads on the other two load cells.

Bei direkter Übernahme des Standes der Technik wären für die Messung von zwei Gewichtswerten 2 × 2 = 4 Wägezellen notwendig. Durch die erfindungsgemäße Lösung kommt man jedoch mit drei Wägezellen aus. Zusätzlich führt die Summenbelastung der dritten Wägezelle dort zu einem anderen Signal, so daß auch eine andere Reaktion z. B. auf eine zu niedrige Versorgungsspannung zu erwarten ist.If the state of the art were adopted directly, there would be two for the measurement Weight values 2 × 2 = 4 load cells required. By the invention The solution, however, comes from three load cells. In addition, the Sum load of the third load cell there to another signal, so that another reaction z. B. to a too low supply voltage is expected.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements result from the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:The invention is described below with reference to the schematic figures. It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer möglichen Anordnung der Wägezellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a perspective view of a possible arrangement of the load cell of the apparatus according to the invention,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Elektronik in einer ersten Ausgestaltung und Fig. 2 is a block diagram of the electronics in a first embodiment and

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Elektronik in einer zweiten Ausgestaltung. Fig. 3 is a block diagram of the electronics in a second embodiment.

In der perspektivischen Ansicht in Fig. 1 erkennt man die drei Wägezellen 1, 2 und 3. Die Wägezelle 3 ist unter Zwischenschaltung eines Blockes 5 auf einer Grundplatte 4 befestigt. Der Lastaufnehmer 31 der Wägezelle 3 trägt einen Querträger 6, wobei wieder ein Block 7 als Zwischenstück dient. Auf dem Querträger 6 sind die beiden Wägezellen 1 und 2 befestigt. Der Lastaufnehmer 11 der Wägezelle 1 trägt eine Waagschale 12 zur Aufnahme des Wägegutes bzw. zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Behälters für das Wägegut. Genauso trägt der Lastaufnehmer 21 der Wägezelle 2 eine Waagschale 22.The three load cells 1 , 2 and 3 can be seen in the perspective view in FIG. 1. The load cell 3 is attached to a base plate 4 with the interposition of a block 5 . The load receiver 31 of the load cell 3 carries a cross member 6 , again using a block 7 as an intermediate piece. The two load cells 1 and 2 are fastened on the cross member 6 . The load receiver 11 of the load cell 1 carries a weighing pan 12 for receiving the goods to be weighed or for receiving a container (not shown) for the goods to be weighed. In the same way, the load receiver 21 of the load cell 2 carries a weighing pan 22 .

Jede der Wägezellen 1 . . . 3 weist einen oberen Lenker 13 bzw. 23 bzw. 33 und einen unteren Lenker 14 bzw. 24 bzw. 34 auf und bildet daher eine Parallelführung, so daß das Ausgangssignal der Wägezellen in bekannter Weise unabhängig vom Ort der Belastung ist. Auf den Dünnstellen 15 bzw. 25 bzw. 35 der oberen Lenker 13 bzw. 23 bzw. 33 befinden sich Dehnungsmeßstreifen 16 bzw. 26 bzw. 36. Bei Bedarf befinden sich auch auf den Dünnstellen der unteren Lenker 14 bzw. 24 bzw. 34 Dehnungsmeßstreifen. Alle Dehnungsmeßstreifen einer Wägezelle sind in bekannter Weise zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet. - Die Bauweise der einzelnen Wägezellen ist allgemein bekannt, so daß sie im vorstehenden nur ganz kurz erläutert ist.Each of the load cells 1 . . . 3 has an upper link 13 or 23 or 33 and a lower link 14 or 24 or 34 and therefore forms a parallel guide, so that the output signal of the load cells in a known manner is independent of the location of the load. Strain gauges 16, 26 and 36 are located on the thin points 15, 25 and 35 of the upper links 13, 23 and 33 , respectively. If required, there are also 14 or 24 or 34 strain gauges on the thin points of the lower links. All strain gauges of a load cell are interconnected in a known manner to form a Wheatstone bridge. - The design of the individual load cells is generally known, so that it is only briefly explained in the above.

Durch die erfindungsgemäße Abstützung der beiden Wägezellen 1 und 2 auf dem Lastaufnehmer 31 der Wägezelle 3 wird die Wägezelle 3 mit der Summe der Belastungen der Wägezelle 1 und 2 beaufschlagt. (Dazu kommt als konstante Vorlast das Gewicht der Wägezellen 1 und 2 und des Querträgers 6.) Die Wägezelle 3 befindet sich also an einem ganz anderen Arbeitspunkt ihrer Kennlinie, so daß mit großer Wahrscheinlichkeit ihre Reaktion beispielsweise auf eine zu geringe Versorgungsspannung anders ist als die Reaktion der Wägezellen 1 und 2. The inventive support of the two load cells 1 and 2 on the load receiver 31 of the load cell 3, the load cell 3 with the total of the loads of the load cell 1 and 2 is applied. (Added to this is the weight of the load cells 1 and 2 and the cross member 6 as a constant preload.) The load cell 3 is therefore at a completely different operating point of its characteristic curve, so that it is very likely that its reaction to a supply voltage that is too low is different than that Reaction of load cells 1 and 2 .

Weiter erkennt man in Fig. 1 Überlastanschläge 17 bzw. 27 bzw. 37, die die vertikale Auslenkung der jeweiligen Wägezelle begrenzen und dadurch die Dünnstellen der Lenker vor zu großer Biegung schützen.Can further be seen in Fig. 1 Overload stops 17 and 27 and 37, respectively, which limit the vertical deflection of the respective load cell and thereby protect the thin points of the links from excessive bending.

Ein Blockschaltbild der Elektronik ist in einer ersten Ausgestaltung in Fig. 2 gezeigt. Die vier Dehnungsmeßstreifen 16 der Wägezelle 1 sind zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet, deren Ausgangssignal über einen Verstärker 18 einem Analog/Digital-Wandler 19 zugeführt wird. Das digitale Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers 19 wird einem Mikroprozessor 41 zugeführt. In gleicher Weise sind die Dehnungsmeßstreifen 26 bzw. 36 der Wägezellen 2 bzw. 3 verschaltet und ihre Ausgangssignale werden nach Verstärkung und Digitalisierung ebenfalls dem Mikroprozessor 41 zugeführt. Die Versorgung aller drei Wheatstoneschen Brücken erfolgt durch eine konstante Versorgungsspannung an den Anschlüssen 40.A block diagram of the electronics is shown in a first embodiment in FIG. 2. The four strain gauges 16 of the load cell 1 are connected to form a Wheatstone bridge, the output signal of which is fed to an analog / digital converter 19 via an amplifier 18 . The digital output signal of the analog / digital converter 19 is fed to a microprocessor 41 . In the same way, the strain gauges 26 and 36 of the load cells 2 and 3 are connected and their output signals are also fed to the microprocessor 41 after amplification and digitization. All three Wheatstone bridges are supplied by a constant supply voltage at connections 40 .

Eine zweite Ausgestaltung der Elektronik ist in Fig. 3 gezeigt. Man erkennt wieder die drei Wheatstoneschen Brücken der drei Wägezellen und die drei Verstärker 18, 28 und 38. Es ist jedoch nur ein Analog/Digital-Wandler 49 vorhanden, dem über den Multiplexer 46 nacheinander die drei Ausgangsspannungen der drei Wägezellen zugeführt werden. Der Mikroprozessor 41 steuert den Multiplexer 46 über die Ansteuerleitung 47 und ordnet das momentane Signal der dementsprechenden Wägezelle zu.A second embodiment of the electronics is shown in FIG. 3. The three Wheatstone bridges of the three load cells and the three amplifiers 18 , 28 and 38 can be seen again . However, there is only one analog / digital converter 49 to which the three output voltages of the three load cells are successively fed via the multiplexer 46 . The microprocessor 41 controls the multiplexer 46 via the control line 47 and assigns the current signal to the corresponding load cell.

Durch die Belastung der Wägezelle 3 mit der Summe der Belastungen der Wägezellen 1 und 2 (+ der Vorlast durch das Eigengewicht der Wägezellen 1 und 2 und des Querträgers 6) ist die Belastung der einzelnen Wägezellen verschieden, genauso ist das Signal der einzelnen Verstärker und der Analog/Digital-Wandler verschieden. Dadurch werden viele Fehler erkannt, die bei der Vorrichtung mit gleicher Belastung beider Wägezellen und dementsprechend gleichen Signalen gemäß dem Stand der Technik nicht erkannt werden. Dies gilt z. B. für eine Nichtlinearität der Kennlinie der Wägezellen, der Verstärker oder der Analog/Digital-Wandler. Außerdem wird auch die korrekte Übernahme der Einzelwerte durch den Mikroprozessor und teilweise auch die Funktion des Mikroprozessors selbst mit in die Kontrolle einbezogen, da der Mikroprozessor ja Rechenschritte mit den übernommenen Einzelwerten ausführt und erst dann die Kontrolle durchgeführt wird. - Natürlich ist die Fehlererkennungssicherheit bei der Schaltung gemäß Fig. 2 größer als bei der Schaltung gemäß Fig. 3. Aber auch in der Schaltung gemäß Fig. 3 wird z. B. der Ausfall eines Bits im Analog/Digital- Wandler im allgemeinen erkannt, genauso wie z. B. der Bruch der Ansteuerleitung 47.Due to the load on the load cell 3 with the sum of the loads on the load cells 1 and 2 (+ the preload due to the weight of the load cells 1 and 2 and the crossmember 6 ), the load on the individual load cells is different, as is the signal of the individual amplifiers and Different analog / digital converters. As a result, many errors are recognized which are not recognized in the device with the same load on both load cells and correspondingly the same signals according to the prior art. This applies e.g. B. for a non-linearity of the characteristic of the load cells, the amplifier or the analog / digital converter. In addition, the correct takeover of the individual values by the microprocessor and in some cases also the function of the microprocessor itself are also included in the control, since the microprocessor carries out arithmetic steps with the taken individual values and only then is the control carried out. - Of course, the error detection reliability in the circuit according to FIG. 2 is greater than in the circuit according to FIG. 3. But also in the circuit according to FIG . B. the failure of a bit in the analog / digital converter is generally recognized, just like z. B. the break of the drive line 47 .

Eine besonders vorteilhafte Anwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich beim Einsatz in einer künstlichen Niere. Bestimmt die Wägezelle 2 die Filtratmenge und die Wägezelle 1 die Substituatmenge, so ändern sich die Belastungen der beiden Wägezellen 1 und 2 gegensinnig. Die Belastungsänderung der Wägezelle 3 mit der Summe ist also deutlich geringer als die Änderung der Einzelwerte von den Wägezellen 1 und 2. Von daher kann die Höchstlast der drei Wägezellen gleich sein und die Wägezelle 3 braucht nicht die Summe der Höchstlasten der beiden anderen Wägezellen als Höchstlast zu haben.A particularly advantageous application for the device according to the invention results when used in an artificial kidney. If the load cell 2 determines the amount of filtrate and the load cell 1 determines the amount of substituate, the loads on the two load cells 1 and 2 change in opposite directions. The change in load of the load cell 3 with the sum is therefore significantly less than the change in the individual values of the load cells 1 and 2 . Therefore, the maximum load of the three load cells can be the same and the load cell 3 need not have the sum of the maximum loads of the other two load cells as the maximum load.

Claims

1. Device for determining the weight with at least two load cells which are connected in series in terms of force and whose output signals are compared with one another in order to achieve monitoring for proper function, characterized in that the device comprises a total of three load cells ( 1 , 2 , 3 ), Two of which can be loaded independently of one another, and that these two load cells ( 1 , 2 ) are jointly supported on the third load cell ( 3 ), so that this third load cell ( 3 ) with the sum of the loads of the other two load cells ( 1 , 2 ) is applied.

2. Device according to claim 1, characterized in that the two first load cells ( 1 , 2 ) are fastened to a cross member ( 6 ) which in turn is fastened to the load receiver ( 31 ) of the third load cell ( 3 ).

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that all three load cells ( 1 ... 3 ) contain a parallel guide and are equipped with strain gauges ( 16 , 26 , 36 ) as a mechanical / electrical converter.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output signals of the three load cells ( 1 ... 3 ) each an analog / digital converter ( 19 , 29 , 39 ) and that the digitized signals to a microprocessor ( 41 ) are supplied, which takes over the accounting and monitoring.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output signals of the three load cells ( 1 ... 3 ) via a multiplexer ( 46 ) are serially fed to a single analog / digital converter ( 49 ) and that the digitized Signals are fed to a microprocessor ( 41 ), which takes over the accounting and monitoring and which also controls the multiplexer ( 46 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first two load cells ( 1 , 2 ) are used to measure the amount of filtrate and the amount of substituate in an artificial kidney.